Главная Промышленная автоматика.

зова.ния недостаточно точных устройств регулирования температуры в трубопроводе в зависимости от температуры окружающего воздуха, конструкторам-автом.обилестроителям необходим датчик, посредством которого можно точно измерять температуру топливно-воздушной смеои.

Для этих целей идеальным явился бы датчик, который имел бы линейный логометрический выход с большой амплитудой, малое входное полное сопротивление, постоянную времени установления меньше 1 с и был полностью нечувствительным к передаче теплоты от стенок трубопровода. Кроме того, должна быть обеспечена достаточно хорошая герметизация от вредного воздействия отработавших газов и ремонтопригодность.

Обзор возможных способов измерения температуры

Наиболее часто используется терморезисторный датчик температуры. Выходные характеристики терморезистора должны быть подобраны с использованием линеаризующей схемы. Схема и ее характеристика показана иа рис. 3. Использование терморезистор-ных датчиков для измерения температуры топливно-воздушной смеси позволяет достичь постоянной времени установления, равной приблизительно 8 с в условиях иитеисивиого потока смеси, движущегося в трубопроводе со скоростью 6 м/с. Установлено, что такие датчики чувствительны к дополнительному нагреву от стенок трубопровода. Если устранить тепловую защиту датчика, то постоянная времени установления уменьшится примерно до 4 с.

Тонкопленочные или катушечные логометрические датчики температуры обеспечивают линейность выходного напряжения, однако необходимо усиливать их выходной сигнал. Кроме того, эти датчики более инерционные по сравнению с датчиками терморезистор-ного типа.

Термопары характеризуются малым временем установления, однако ввиду низкого уровня выходного напряжения требуется Wj? дополнительная схема с высоким коэффициентом усиления.

Биметаллический привод

Особенности механической части датчика. Существуют многочисленные типы конфигурации биметаллических элементов, передающее усилие которых является линейной функцией температуры- Для применения в приводе потенциометра вначале рассматривали две формы биметаллических элементов: спиральную и

0.6-


Рис. 3. Характеристика чувствительности терморезистора



I >

Температура

Рис. 4. Относительная тепловая активность в зависимости от температуры

Рис. 5. Выходное напряжение датчика положения дроссельной. заслонки в зависимости от температуры (спиральный биметаллический привод)


16 т °С

Температура

тнтилеверную. Биметаллическим материалом был выбран материал типа P675R, изготовленный фирмой Техас инструменте. Зависимость его тепловой активности от температуры показана иа рис. 4.

На рис. 5 приведена зависимость выходного напряжения от температуры для спирального биметаллического привода, подсоединенного к потенциометру. Как видно из рисунка, выходная величина является линейной функцией температуры. Тем не менее тепловая постоянная времени и наличие гистерезиса неприемлемы в евязи с недостаточными площадью активной поверхности и жесткостью.

Тепловая постоянная времени может быть уменьшена при снижении массы би.металлического элемента и увеличения отношения площади поверхности к объему. В этом отношении кантилевериый элемент предпочтительнее, однако для заданной зависимости крутящего момента от длины плеча тепловая деформация кантиле-вериого элемента меньше, чем спирального. Тепловая деформация является важным пара.метрО;М для рассматриваемого случая, так как биметаллический элемент должен перемещать подвижный контакт вдоль проводящей дорожки, и чем больше перемещение подвижного контакта, тем выше точность потенциометра. В то же время тепловая деформация должна быть такой, чтобы можно было уменьшить .массу биметаллического элемента для понижения тепловой постоянной времени. Наилучшим компромиссным решением в данио.м случае является малая величина перемещения постоянного контакта, поэтому разрешающая способность проводящей дорожки должна быть как можно большей. Этим обусловлена невозможность применения других способов изготовления про-




/ орячий



Холодный

Рис. 6. Расположение сдвоенных биметаллических элементов:

i - жесткое звено; 2 - биметаллические элементы; 3 - точка вращения

Рис. 7. Изменение длины плеча

(ВОДЯЩИХ дорожек. Только точно обработанная дорожка из проводящего пластика, например из пластика, выпускаемого фирмой Резистофильм, имеет достаточно большую разрешающую способность, обеспечивающую возможность использования каитилевер-ного биметаллического элемента.

На рис. 6 показаны соединения элементов, использованных для перемещения подвижного контакта потенциометра. Сдвоенный биметаллический элемент обеспечивает двойную тепловую деформацию по сравнению с единичным коитилевериым элементом. При этом изменяется также момент, так как изменяется длина плеча, измеряемого хордой, проведенной от опоры к крайней перемещаемой точке (рис. 7). Для обоих биметаллических элементов зависимость .момента от длины плеча изменяется аналогично.

Расчеты деформации и силы. Для определения требуемой тепловой деформации биметаллического привода, нужно оценить разрешающую способность дорожки из проводящего пластика с учетом требований, предъявляемых в целом к точности датчика. Характеристики, которыми должен обладать датчик, приведены в та;бл. 1. Конструктивные параметры потенциометра даиы в табл. 2.

Длина проводящей дорожки в опытных образцах, использованных при испытаниях, была равна 0,55 см. При 70%-ном изменении выходного напряжения смещения подвижного контакта, вызванное биметаллическим приводом датчика, составляло 0,385 см.

Таблица 1

Требуемые характеристики датчика

Разность максимальной и минимальной температуры Максимальная погрешность измерения температуры Погрешность выходного напряжения (% общего напряжения питания)

Диапазон изменения выходного напряжения (% общего напряжения питания)

165°С (-125С) ±3°С (20-м00°С) ±1,9

От 15 до 85





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [25] 26 27 28 29 30 31 32

0.0036